2025年高中物理新教材同步 必修第三冊 第13章　1　磁場　磁感線

1磁場磁感線[學習目標]1.知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與通電導體間、通電導體與通電導體間的作用是通過磁場發(fā)生的。2.理解磁感線的概念，知道磁感線的特點(重難點)。3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向(重難點)。一、電和磁的聯(lián)系磁場如圖甲所示，通電導線放在蹄形磁體附近，懸掛導線的細線偏離豎直方向，說明通電導線受到力的作用；如圖乙所示，兩條通電導線之間也有作用力。根據(jù)實驗，在下圖中空白方框內填入恰當?shù)膬热?。答案磁?．電和磁的聯(lián)系(1)自然界中的磁體總存在著兩個磁極，自然界中同樣存在著兩種電荷。同名磁極或同種電荷相互排斥，異名磁極或異種電荷相互吸引。(2)奧斯特實驗實驗現(xiàn)象：把導線放置在小磁針的上方，當給導線通電時，與導線平行放置的小磁針發(fā)生轉動。注意事項：導線應沿南北方向水平放置結論：通電導線對小磁針有力的作用，說明電流具有磁效應。奧斯特首次揭示了電與磁的聯(lián)系。2．磁場(1)磁體與磁體之間、磁體與通電導體之間，以及通電導體與通電導體之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的。(2)基本性質：磁場對磁體或通電導體有力的作用。(3)磁場盡管看不見、摸不著，但它與電場類似，都是不依賴于我們的感覺而客觀存在的物質。(1)磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質。(√)(2)磁場只有在磁體與磁體、磁體與電流發(fā)生作用時才產生。(×)(3)電流與電流之間是通過電場發(fā)生作用的。(×)(4)磁體的磁場和電流的磁場本質上是一樣的。(√)二、磁感線和地磁場1．磁場的方向：物理學規(guī)定，在磁場中的某一點，小磁針靜止時N極所指的方向就是該點磁場的方向。2．磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟這點磁場的方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線。3．磁感線的特點(1)磁感線是假想出來的有方向的曲線，實際并不存在。(2)磁感線的疏密反映磁場的強弱，磁感線越密的地方表示磁場越強，磁感線越疏的地方表示磁場越弱。(3)磁感線不相交，不相切，也不中斷。(4)磁感線是閉合曲線，在磁體外部由N極指向S極，在磁體內部由S極指向N極。4．磁體的磁感線(1)條形磁體和蹄形磁體的磁感線(2)同名磁極和異名磁極的磁感線5．地磁場(1)地球是一個巨大的磁體，地球周圍空間存在的磁場叫地磁場。(2)地磁場的三大特點①地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近。地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，因此，磁針并非準確地指向南、北，其間有一個夾角，這就是地磁偏角。②南半球地面某點地磁場的方向斜向上，在北半球地面某點地磁場的方向斜向下，水平分量由南到北。③在赤道地面上，磁場方向與地面平行，方向由南向北。(1)磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止。(×)(2)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的。(×)例1(2024·中山市高二月考)2023年12月1日，黑龍江大興安嶺地區(qū)漠河、塔河等地出現(xiàn)了極光，極光本質上是由太陽發(fā)射的高速帶電粒子流受地磁場的影響，進入地球兩極附近時，撞擊并激發(fā)高空中的空氣分子和原子引起的。關于地磁場，下列說法正確的是()A．在廣東省中山市，自由懸掛的小磁針N極會指向南方B．在地球內部，磁場方向大致由地理北極指向地理南極C．地球內部不存在磁場D．地球附近磁感線非常密集，導致部分磁感線可能相交答案B解析根據(jù)地理的南極是地磁的北極，在廣東省中山市，自由懸掛的小磁針N極會指向北方，故A錯誤；同理，在地球內部，磁場方向大致由地理北極指向地理南極，故B正確，C錯誤；地球附近磁感線非常密集，但磁感線不可能相交，故D錯誤。三、安培定則1．直線電流的磁場安培定則：如表格中甲圖所示，用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。2．環(huán)形電流的磁場安培定則：如表格中乙圖所示，讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁場的方向。3．通電螺線管的磁場安培定則：如表格中丙圖所示，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指與螺線管電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁場的方向。安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流環(huán)內磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部磁場類似條形磁體的磁場，方向由N極指向S極例2如圖所示，a、b是直線電流的磁場截面圖，c、d是環(huán)形電流的磁場截面圖，e、f是通電螺線管電流的磁場的截面圖。試判斷各圖中的電流方向或磁感線方向。答案見解析解析根據(jù)安培定則，可以確定題圖a中電流方向垂直紙面向里，題圖b中電流方向從下向上，題圖c中電流方向沿逆時針方向，題圖d中磁感線方向從上向下，題圖e中磁感線方向向左，題圖f中磁感線方向向右。四、安培分子電流假說1．分子電流假說安培認為，在物質內部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流。分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。2．對磁現(xiàn)象的解釋當鐵棒中各分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性。(1)安培提出“分子電流”假說，認為永磁體的磁場和通電導線的磁場均由運動的電荷產生。(√)(2)根據(jù)“分子電流”假說，磁體受到強烈震動時磁性不會減弱。(×)(3)根據(jù)“分子電流”假說，磁體在高溫條件下磁性會減弱。(√)例3(2023·江西省臨川一中高二期中)安培觀察到通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場很相似，提出了“分子電流”假說。他認為，在物質內部存在著一種環(huán)形電流——分子電流(如圖所示，分子電流實際上是由原子內部電子繞核運動形成的)，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。下列將分子電流(箭頭表示電子運動方向)等效為小磁體的選項圖中正確的是()答案B解析繞核運動的電子帶負電，則環(huán)形電流方向與其運動方向相反，根據(jù)安培定則可知其左側為N極，故選B。課時對點練[分值：60分]1～8題每題4分，共32分考點一磁場和磁感線1．(2023·邯鄲市高二期中)關于磁現(xiàn)象和磁場，下列說法正確的是()A．地磁場能使小磁針的兩極分別指向正南、正北B．將一條形磁體從中間截開后，一部分為N極，另一部分為S極C．做奧斯特實驗時通電導線應該水平，并沿東西方向放置D．磁場的基本性質是對處在磁場中的磁體或電流有力的作用答案D解析地理南、北極與地磁北、南極不重合，存在地磁偏角，因此小磁針靜止時并不指向正南、正北，A錯誤；磁體從中間分開后，成為兩個小磁體，任何一磁體均有兩個磁極，B錯誤；由于地磁場大致沿南北方向，為了讓小磁針發(fā)生明顯偏轉，進行奧斯特實驗時，通電導線應水平，并沿南北方向放置，C錯誤；磁場的基本性質是對處在磁場中的磁體或電流有力的作用，D正確。2．(多選)(2023·湖北省黃岡中學高二期中)下列關于電場線和磁感線的說法中正確的是()A．電場線和磁感線都是電場或磁場中實際存在的線B．磁場中兩條磁感線一定不相交，但在復雜電場中的電場線是可以相交的C．電場線是不閉合曲線，而磁感線是閉合曲線D．電場線越密的地方，電場越強，磁感線越密的地方，磁場也越強答案CD解析電場線與磁感線分別是為了形象地描述電場、磁場而引入的假想曲線，實際并不存在，A錯誤；兩種場線都不會相交，B錯誤；電場線起始于正電荷或無窮遠處，終止于無窮遠處或負電荷，而磁感線在磁體外部由N極指向S極，在磁體內部由S極指向N極，組成閉合曲線，C正確；電場線越密，表示該處電場越強，磁感線越密，表示該處磁場越強，所以D正確。3．(多選)如圖所示，關于磁體、電流間的相互作用，下列說法正確的是()A．圖甲中，電流不產生磁場，電流對小磁針的作用力是通過小磁針的磁場產生的B．圖乙中，磁體對通電導線的作用力是通過磁體的磁場產生的C．圖丙中電流間的相互作用是通過電流的磁場產生的D．圖丙中電流間的相互作用是通過電荷的電場產生的答案BC解析題圖甲中，電流對小磁針的作用力是通過電流的磁場產生的；題圖乙中，磁體對通電導線的作用力是通過磁體的磁場產生的；題圖丙中，電流間的相互作用是通過電流的磁場產生的，綜上所述，選項B、C正確，A、D錯誤。考點二安培定則4．(2024·山西省學業(yè)考試模擬卷)磁感線是用來形象地描述磁場的假想曲線，下列通電直導線的磁感線分布正確的是()答案D解析根據(jù)安培定則，通電直導線的磁感線是以導線上任意點為圓心的多組同心圓，故A錯誤；通電直導線產生的磁場，越靠近導線，磁場越強，磁感線越密，故B錯誤；根據(jù)安培定則，電流垂直于紙面向里，磁場方向應為順時針，電流垂直于紙面向外，磁場方向為逆時針，且越靠近導線，磁場越強，磁感線越密，故D正確，C錯誤。5.(2023·北京市第九中學高二期中)在直導線中通有自A向B方向的電流，則電流接通后，懸掛在直導線正上方的小磁針()A．N極向紙里，S極向紙外旋轉B．N極向紙外，S極向紙里旋轉C．在紙面內順時針旋轉90°D．在紙面內逆時針旋轉90°答案B解析根據(jù)安培定則可判斷出小磁針所在位置的磁場方向為垂直紙面向外，根據(jù)小磁針的N極指向磁場方向，可知懸掛在直導線正上方的小磁針N極向紙外，S極向紙里旋轉，故B正確。6.如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負電荷，當圓環(huán)沿順時針方向轉動時，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉動，以下說法正確的是()A．a、b、c的S極都向紙里轉B．b的S極向紙外轉，而a、c的S極向紙里轉C．b、c的N極都向紙里轉，而a的N極向紙外轉D．b的S極向紙里轉，而a、c的S極向紙外轉答案D解析圓環(huán)帶有負電荷，圓環(huán)順時針轉動時，產生的等效電流方向沿逆時針方向；由安培定則可知，a、c所在處磁場方向垂直于紙面向里，b所在處磁場方向垂直于紙面向外，則a、c小磁針的N極向紙里轉，S極向紙外轉，b小磁針的N極向紙外轉，S極向紙里轉，故選D。7．(2023·廣東省廣雅中學高二期末)如圖所示，當開關S閉合后，小磁針處在通電電流的磁場中的位置正確的是()答案D解析小磁針N極指向表示該點磁場的方向，A項中小磁針處的電流方向豎直向下，由右手螺旋定則可知小磁針處磁場方向垂直紙面向外，選項A錯誤；由右手螺旋定則可得B項中通電螺線管上端為N極，螺線管左側的磁場方向由上到下，選項B錯誤；由右手螺旋定則可得C項中小磁針處磁場方向垂直紙面向里，選項C錯誤；由右手螺旋定則可得D項中通電螺線管上端相當于S極，異名磁極相互吸引，故小磁針的N極指向左側上端處，選項D正確?？键c三安培分子電流假說8．如圖是鐵棒被磁化前、后內部各分子電流取向分布情況，根據(jù)所學的磁化知識判斷下列說法正確的是()A．甲圖是磁化后的分子電流取向分布B．乙圖是磁化前的分子電流取向分布C．鐵棒被磁化后通過一定途徑可以消除磁性D．任何材料的物體都很容易被磁化答案C解析鐵棒被磁化前內部各分子電流取向是雜亂無章的，當鐵棒被磁化后內部各分子電流取向相同，故A、B錯誤；鐵棒屬于軟磁體，磁化后其磁性很容易消失，比如：強震動，故C正確；鐵、鈷、鎳以及由它們組成的材料能被磁化，并不是任何材料的物體都容易被磁化，故D錯誤。9～11題每題7分，共21分9.(2024·河南省焦作市第一中學高二月考)公元1086年宋代科學家沈括撰寫的《夢溪筆談》中最早記載了“方家(術士)以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！边M一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖所示，則結合上述材料，下列說法不正確的是()A．地球表面上任意位置的地磁場方向都與地面平行B．地球內部也存在磁場，地磁北極在地理南極附近C．結合地球自轉方向，可以判斷出地球是帶負電的D．因受地磁場的影響，在進行奧斯特實驗時，通電導線南北放置時實驗現(xiàn)象最明顯答案A解析磁場是閉合的曲線，地球磁場從南極附近發(fā)出，從北極附近進入地球，組成閉合曲線，不是地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行，故A錯誤，符合題意；地球內部也存在磁場，地磁北極在地理南極附近，故B正確，不符合題意；地球自轉方向自西向東，地球的南極是地磁場的北極，由安培定則判斷可知地球是帶負電的，故C正確，不符合題意；根據(jù)安培定則可知，導線的磁場方向與導線電流的方向垂直，可知因地磁場影響，在進行奧斯特實驗時，通電導線南北放置時實驗現(xiàn)象最明顯，故D正確，不符合題意。10．冰箱門軟磁條的外部磁感線正面圖如圖所示，以下說法正確的是()A．磁感線越密的地方磁場越弱B．軟磁條內部a位置應為N極C．磁感線與電場線一樣真實存在于空間之中D．軟磁條內部a、b之間的磁感線方向應為由a指向b答案D解析根據(jù)磁感線的特點可知，磁感線越密的地方磁場越強，A錯誤；磁感線在磁體外部從N極指向S極，在磁體內部從S極指向N極，由題圖可知，軟磁條外部磁感線從b位置指向a位置，則a位置為S極，b位置為N極，軟磁條內部a、b之間的磁感線方向應為由a指向b，故B錯誤，D正確；磁感線是為了描述磁場而假想的曲線，實際是不存在的，C錯誤。11.(多選)(2022·福建卷)奧斯特利用如圖所示實驗裝置研究電流的磁效應。一個可自由轉動的小磁針放在白金絲導線正下方，導線兩端與一伏打電池相連。接通電源瞬間，小磁針發(fā)生了明顯偏轉。奧斯特采用控制變量